CN210379328U - 一种电池充电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于电池充电领域，提供了一种电池充电系统，其中所述电池充电系统包括：电源适配连接器，为电池充电系统提供电源输入；电源预调节模块，用于将电源适配连接器输出的电压调节至指定范围，并输出至充电器模块；充电器模块，用于为待充电电池组充电；控制器，控制电源预调节模块的工作模式，以保证充电器模块的输出电压与待充电电池组所需的充电电压相匹配。本实用新型实施例通过获取智能锂电池组所需要的充电电压和充电电流，实时调节充电器的输出电压，使智能锂电池组的使用更加方便，大大降低了成本，控制精准高效，保证锂离子电池的安全应用，降低锂离子电池应用的安全风险。

Description

一种电池充电系统

技术领域

本实用新型属于电池充电领域，尤其涉及一种电池充电系统。

背景技术

锂离子电池因为有着高能量密度、高效率、可重复利用等优点，目前在数码产品、便携式设备、储能等领域有着广泛应用。

锂离子电池由于自身电化学特性，对充电过程要求较高，不同的充电时间对充电电压、电流以及温度都有不同的要求，一般情况下，都会对锂离子电池的的充电过程进行控制，并且随着物联网、智能化的发展，越来越多基于SmBus(System Management Bus)接口，符合SBDS(Smart Battery Data)的智能锂离子电池组被普及使用。但是由于终端主机应用不同，这些智能锂电池组的电压平台和容量大小不尽相同，所以它们也往往需要不同规格的专用充电器，同时需要配套不同的电源适配连接器进行充电，导致各种规格的锂电池需要配置不同的充电系统进行充电，提高了锂电池的生产和使用成本，锂电池的易用性也大打折扣。

由此可见，现有技术在对锂离子电池在进行充电时，需要配置专用的充电系统，导致锂离子电池的生成、使用成本都大大增，急需解决。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种电池充电系统旨在解决现有技术在对锂离子电池在进行充电时，需要配置专用的充电系统，导致锂离子电池的生成、使用成本都大大增的技术问题。

本实用新型实施例是这样实现的，一种电池充电系统，所述电池充电系统包括：

电源适配连接器，连接至外部电源，为所述电池充电系统提供电源输入；

电源预调节模块，连接至所述电源适配连接器，用于将所述电源适配连接器输出的电压调节至指定范围，并输出至充电器模块；

所述充电器模块，连接至待充电电池组，用于为所述待充电电池组充电；以及

控制器，控制所述电源预调节模块的工作模式，以保证所述充电器模块的输出电压与所述待充电电池组所需的充电电压相匹配；

其中，所述控制器通过内置AD转换器获取所述电源适配连接器的输入电压，通过I/O口控制所述电源预调节模块的输出电压，通过SMbus总线与所述充电器模块以及待充电电池组进行通讯，获取所述待充电电池组的所需的充电电压以及控制所述充电器模块的指定输出电压和充电电流。

本实用新型实施例提供的一种电池充电系统、方法、装置、计算机设备和存储介质，通过获取智能锂电池组所需要的充电电压和充电电流，实时调节充电器的输出电压，不同规格智能锂电组、不同规格电源适配连接器的兼容使用，使智能锂电池组的使用更加方便，大大降低了成本，控制精准高效，保证锂离子电池的安全应用，降低锂离子电池应用的安全风险。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的电池充电系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种电压预调节模块的电路框图；

图3为本实用新型实施例提供的一种SMbus充电器的电路框图；

图4为本实用新型实施例提供的一种待充电电池组的电路框图；

图5为本实用新型实施例提供的电量校准模块的电路框图；

图6为本实用新型实施例提供的电源预调节模块工作的流程图；

图7为本实用新型实施例提供的电量校准的流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1为本实用新型实施例提供的电池充电系统，如图1所示，在本实用新型实施例提供的电池充电系统中，包括：

电源适配连接器101，连接至外部电源，为所述电池充电系统提供电源输入。

在本实用新型实施例中，电源适配连接器101是一种供电电源变换设备，将交流输入转换为直流输出，一般由外壳、变压器、电感、电容、控制IC、PCB板等元器件组成，其具体设置本实用新型不做限制。在本实用新型实施例中，电源适配连接器101是充电器的电源输入端口。

作为本发明一种实施例，电源适配连接器的输出电压是指电源电压经过电源适配连接器调节后输出的电压，一般直接作用于充电器，充电需求电压是指待充电电池充电的实时需求电压，一般的锂离子电池有三个充电阶段：预充电，在锂离子电池在过放电状态下，充电器以比较小的电流对电池组进行充电激活，待电池电压慢慢恢复到正常充电电压范围时转为恒流充电阶段，这时充电器以恒定的电流给电池组充电，待电池电压上升到限制充电电压时转为恒压充电，充电电压保持恒定，逐渐减少充电电流，当电流下降到某一特定值时则认为电池已经完全充电，充电过程停止。

作为本实用新型一种实施例，通过AD采集模块采集电源适配连接器的输出电压，通过SMbus获取待充电电池的充电需求电压，每隔1s通过SMbus总线向待充电电池组发送电池充电信息查询指令，获取待充电智能锂电池组的限制充电电压和所需充电电流。

电源预调节模块102，连接至所述电源适配连接器，用于将所述电源适配连接器输出的电压调节至指定范围，并输出至充电器模块。

在本实用新型实施例中，电源预调节模块102是升降压DC/DC电路，其工作模式受控制器103控制，可以工作在升压模式、降压模式和旁路模式。作为本实用新型一种实施例，图2示出了本实用新型实施例提供的一种电压预调节模块的电路框图，其中，电压预调节模块包括四个MOS管Q₁、Q₂、Q₃、Q₄以及一个电感L₁，其中四个MOS管都采用N沟道MOS管，Q₁的S极与Q₂的D极连接并一起连接至电感L₁的一段，电感L₁的另一端连接至Q₃的D极和Q₄的S极，Q₂的S极和Q₃的D极分别接地，输入电源V_s1从MOS管Q₁的D极输入，经电压预调节模块调解后，转换为V_s2从MOS管Q₄的D极输出，完成对电压的调节。其中MOS管Q₁、Q₂、Q₃、Q₄的G极都连接至控制器，用于接收控制器的控制信号，进而控制MOS管的通断，实现电压调节的功能。

充电器模块103，连接至待充电电池组，用于为所述待充电电池组充电。

在本实用新型实施例中，充电器模块采用的是SMbus充电器，SMbus充电是在常规充电器基础上，增加了SMbus通信接口和控制芯片，控制器可以通过SMbus总线对充电器进行参数配置，控制充电器输出指定的充电电压的充电电流，充电控制调整灵活、迅速。SMbus充电器是锂电池专用充电器，除了具备锂电池预充-恒流-恒压充电模式，还具备多重安全保护功能，具备输入电压过压、欠压检测，输入电流过流检测，充电过压检测，充电过温检测和充电时间保护，保证锂电池充电过程安全可靠。

图3示出了本实用新型实施例中提供的一种SMbus充电器的电路框图，如图3所示，本实用新型实施例提供的充电器的控制芯片的型号为bq24770，其管脚的连接和使用都是本领域技术人员知晓的，本实用新型不在赘述。

控制器104，控制所述电源预调节模块的工作模式，以保证所述充电器模块的输出电压与所述待充电电池组所需的充电电压相匹配。

作为本实用新型一种实施例，控制器104采用MCU((Microcontroller Unit；微控制单元)，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口，甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机。在本实用新型实施中，MCU在有电池组插入或者电源适配连接器插入的情况下，每隔1s通过SMbus总线向电池组发送电池充电信息查询指令，获取待充电电池组的限制充电电压和所需充电电流；同时将获取的电池组充电信息转换后通过SMbus将充电电压和充电电流传输至SMbus充电器，SMbus充电器按MCU配置的信息输出指定的充电电压和充电电流，给电池组充电。

作为本实用新型一种实施例，图4示出了本实用新型实施例提供的一种待充电电池组的电路框图，其中，待充电电池组105是智能锂电池组，智能锂电池组区别于一般锂电池组是：除了具备电池的安全保护外，还具备电池电压电流温度等状态的实时监控、电量计算、多级保护、通信等功能，一般采用SMbus通信；智能锂电池组在生产制造时，均在固件中写入了该电池组的限制充电电压和充电电流，且充电电压和充电电流是根据电池不同状态有不同的需要的，比如电池欠压情况下智能锂电池组请求的充电电流为预充模式，充电电流很小，当电池处于高温模式时，智能锂电池组请求的充电电压会降低，提高锂电池的安全应用。MCU只需读取智能锂电池组的充电限制电压和充电电流值，然后配置至SMbus充电器，SMbus充电器根据配置的信息输出智能锂电池组需要的充电电压和充电电流进行充电。

在本实用新型实施例中，其中，所述控制器通过内置AD转换器获取所述电源适配连接器的输入电压，通过I/O口控制所述电源预调节模块的输出电压，通过SMbus总线与所述充电器模块以及待充电电池组进行通讯，获取所述待充电电池组的所需的充电电压以及控制所述充电器模块的指定输出电压和充电电流，证锂电池的充电安全、有效。

本实用新型实施例通过获取智能锂电池组所需要的充电电压和充电电流，实时调节充电器的输出电压，不同规格智能锂电组、不同规格电源适配连接器的兼容使用，使智能锂电池组的使用更加方便，大大降低了成本，控制精准高效，保证锂离子电池的安全应用，降低锂离子电池应用的安全风险。

图5示出了本实用新型实施例中提供的电量校准模块的电路框图。本实用新型实施例提供的电池充电系统中，还包括：

电量校准模块106，连接至所述待充电电池组，用于控制所述待充电电池组先放电至放电截止状态，再充电至充电截止状态，实现电量校准.

在本实用新型实施例中，智能锂电池组如果长期工作与浅充浅放的状态，那么智能锂电池组的电量计可能会因为电流的累计积分误差造成智能锂电池组电量显示不准确，或者智能电池一直存放处于闲置状态，因自耗电造成电量显示不准确，这时候需要对智能锂电池组进行一个满充满放电的循环，以此校准电池的电量计。电量校准模块可控制充电器工作为校准模式，首先将智能锂电池组接入电阻负载对电池进行放电，将电池电量放电至放电截止，智能锂电池组电量完全放完，然后再对智能锂电池组充满电，完成对智能锂电池组的电量校准。

本实用新型实施例提供的电池充电系统中，还包括LED显示模块，连接至所述控制器，用于显示所述待充电电池组的充电状态和校准状态。

在本实用新型实施例中，LED显示用于显示电池充电状态和校准状态，电池充满电显示为绿色，电池在充电显示为黄色，充电故障显示为红色，校准状态为红色闪烁，便于用户直观了解电池充电状态和校准状态。

在本实用新型实施例提供的电池充电系统中，所述电源预调节模块设置有升压模式、降压模式以及旁路模式，所述控制所述电源预调节模块的工作模式，以保证所述充电器模块的输出电压与所述待充电电池组所需的充电电压相匹配，包括：

当所述电源适配连接器的输入电压高于所述充电器模块的最高充电电压时，控制所述电源预调节模块工作在降压模式，以使所述电源适配连接器的输入电压经过所述电源预调节模块后，电压小于或等于所述充电模块的最高充电电压；

当所述电源适配连接器的输入电压低于所述待充电电池组的限制充电电压时，控制所述电源预调节模块工作在升压模式，以使所述电源适配连接器的输入电压经过所述电源预调节模块后，电压大于或等于所述待充电电池组的限制充电电压；

当所述电源适配连接器的输入电压在所述充电器模块的最高充电电压和所述待充电电池组的限制充电电压之间时，控制所述电源预调节模块工作在旁路模式。

图6示出了本实用新型实施例中电源预调节模块的流程图，其中，充电系统在控制电池进行充电之前，会先关闭充电器的充电使能，保证充电器没有工作，然后判断待充电的电池组是否已经接入到充电系统中，当电池接入到充电系统中之后，获取电池组的充电电压和充电电流。

在本实用新型实施例中，MCU通过AD采集实时检测电源适配连接器输入电压，当电源适配连接器输入电压高于SMbus充电器最高充电电压Vmax时，MCU控制电源预调节器工作模式为降压模式，将输入电压降至SMbus充电器可承受的电压，记为Vbuck；

MCU通过SMbus总线与智能锂电池组通讯，获取智能锂电池组所需的限制充电电压Vchg和充电电流Ichg，当电源适配连接器输入电压低于智能锂电池组限制充电电压时，MCU控制电源预调节器工作模式为升压模式，将输入电压升至智能锂电池组限制充电电压以上的电压，记为Vboost；

当MCU检测电源适配连接器输入电压处于Vin<Vin<Vmax状态时，MCU控制电源预调节器工作模式为旁路模式，电源适配连接器输入直接连接至SMbus充电器输入，具体旁路方法可以是使用MCU控制MOS管或继电器开关构成断开电源预调节器，短路输入电源适配连接器实现。

本实用新型实施例通过电源预调节模块的设置，能够根据电池实际需要的充电电压控制充电器的输出电压，保证电池充电的稳定、安全、高效的进行。

本实用新型实施例通过获取智能锂电池组所需要的充电电压和充电电流，实时调节充电器的输出电压，不同规格智能锂电组、不同规格电源适配连接器的兼容使用，使智能锂电池组的使用更加方便，大大降低了成本，控制精准高效，保证锂离子电池的安全应用，降低锂离子电池应用的安全风险。

图7示出了本实用新型提供的电量校准的流程图，在本实用新型实施例中，智能锂电池组如果长期工作与浅充浅放的状态，那么智能锂电池组的电量计可能会因为电流的累计积分误差造成智能锂电池组电量显示不准确，或者智能电池一直存放处于闲置状态，因自耗电造成电量显示不准确，这时候需要对智能锂电池组进行一个满充满放电的循环，以此校准电池的电量计。

作为本实用新型一种实施例，电量校准功能开启的条件时电量校准按钮按下时间常规5S，当检测到按键按下时间超过5S，充电器工作为校准模式，首先将智能锂电池组接入电阻负载对电池进行放电，将电池电量放电至放电截止，智能锂电池组电量完全放完，然后再对智能锂电池组充满电，完成对智能锂电池组的电量校准。

本实用新型实施例通过获取智能锂电池组所需要的充电电压和充电电流，实时调节充电器的输出电压，不同规格智能锂电组、不同规格电源适配连接器的兼容使用，使智能锂电池组的使用更加方便，大大降低了成本，控制精准高效，保证锂离子电池的安全应用，降低锂离子电池应用的安全风险。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池充电系统，其特征在于，所述电池充电系统包括：

电源适配连接器，连接至外部电源，为所述电池充电系统提供电源输入；

电源预调节模块，连接至所述电源适配连接器，用于将所述电源适配连接器输出的电压调节至指定范围，并输出至充电器模块；

所述充电器模块，连接至待充电电池组，用于为所述待充电电池组充电；以及

控制器，控制所述电源预调节模块的工作模式，以保证所述充电器模块的输出电压与所述待充电电池组所需的充电电压相匹配；

其中，所述控制器通过内置AD转换器获取所述电源适配连接器的输入电压，通过I/O口控制所述电源预调节模块的输出电压，通过SMbus总线与所述充电器模块以及待充电电池组进行通讯，获取所述待充电电池组的所需的充电电压以及控制所述充电器模块的指定输出电压和充电电流。

2.根据权利要求1所述的电池充电系统，其特征在于，所述电池充电系统还包括：

电量校准模块，连接至所述待充电电池组，用于控制所述待充电电池组先放电至放电截止状态，再充电至充电截止状态，实现电量校准。

3.根据权利要求2所述的电池充电系统，其特征在于，所述电池充电系统还包括：

电量校准开关，设置在所述控制器上，用于控制所述电量校准模块的工作转态。

4.根据权利要求1所述的电池充电系统，其特征在于，所述电池充电系统还包括：

LED显示模块，连接至所述控制器，用于显示所述待充电电池组的充电状态和校准状态。

5.根据权利要求4所述的电池充电系统，其特征在于，所述LED显示模块用于显示电池充电状态和校准状态，电池充满电显示为绿色，电池在充电显示为黄色，充电故障显示为红色，校准状态为红色闪烁。

6.根据权利要求1所述的电池充电系统，其特征在于，所述电源预调节模块设置有升压模式、降压模式以及旁路模式，所述控制所述电源预调节模块的工作模式，以保证所述充电器模块的输出电压与所述待充电电池组所需的充电电压相匹配，包括：

当所述电源适配连接器的输入电压高于所述充电器模块的最高充电电压时，控制所述电源预调节模块工作在降压模式，以使所述电源适配连接器的输入电压经过所述电源预调节模块后，电压小于或等于所述充电器模块的最高充电电压；

当所述电源适配连接器的输入电压低于所述待充电电池组的限制充电电压时，控制所述电源预调节模块工作在升压模式，以使所述电源适配连接器的输入电压经过所述电源预调节模块后，电压大于或等于所述待充电电池组的限制充电电压；

当所述电源适配连接器的输入电压在所述充电器模块的最高充电电压和所述待充电电池组的限制充电电压之间时，控制所述电源预调节模块工作在旁路模式。

7.根据权利要求1所述的电池充电系统，其特征在于，所述电池充电系统还包括：

所述充电器模块采用SMbus充电器，设置有SMbus通信接口和控制器，能够在所述控制器的控制下输出指定的充电电压和充电电流。

8.根据权利要求1所述的电池充电系统，其特征在于，所述待充电电池为智能锂电池组，所述智能锂电池组设置有SMbus通信接口，用于与所述控制器进行通信。

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